Un espectáculo de luces incomparable
Entender el flujo de información a través de los circuitos altamente complejos de las neuronas interconectadas supone un reto enorme. Los avances tecnológicos han permitido grandes progresos a lo largo de los años. Con el apoyo de una beca individual de investigación del programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA-IF, por sus siglas en inglés), CORVISDEC usó un enfoque de alto rendimiento para supervisar miles de neuronas en muchas regiones encefálicas de ratones en estado de alerta. Los análisis han desvelado aspectos motores, cognitivos y perceptivos fundamentales en el comportamientos de la toma de decisiones.
Dos fotones son mejor que uno
El calcio es un importante mediador de señales en el encéfalo, que llega a las neuronas durante la activación neuronal. Introducir una proteína en las neuronas que se vuelve fluorescente cuando entra el calcio facilita la señal que captura la imagenología bifotónica. Lauren Wool, del Instituto Queen Square de Neurología, en el University College de Londres y beneficiaria de una MSCA-IF, lo explica: «A diferencia de la microscopía convencional que emplea un fotón de longitud de onda corta para excitar una molécula fluorescente, la imagenología bifotónica emite dos fotones de longitud de onda larga (en el espectro del infrarrojo cercano). Los fotones del infrarrojo cercano no se dispersan, no fotoblanquean proteínas ni dañan tanto el tejido, lo que revela una actividad encefálica de alta resolución en tres dimensiones de manera estable a lo largo del tiempo». Esta técnica no invasiva permite a los científicos obtener imágenes de la actividad encefálica mientras un ratón realiza una tarea conductual. Carsen Stringer y Marius Pachitariu, antiguos miembros del laboratorio, visualizaron y analizaron los datos mediante el «software» SuiteP de código abierto.
Juntos pero separados, o no
CORVISDEC se centró en la corteza motora durante la tarea conductual. Los ratones observaban señales visuales en pantallas de ordenador y tenían que recordar las consecuencias de sus acciones previas y realizar movimientos de recompensa decisivos. En conjunto, supervisar la actividad neuronal en esta labor polifacética puede empezar a mostrar cómo se reúne toda esta información para ayudar a la toma de decisiones y a los movimientos posteriores. También puede desvelar si, o cómo, la actividad cortical difiere cuando el ratón presenta un buen desempeño respecto a cuando no lo presenta. La investigación a lo largo de los años ha sugerido que regiones diferentes, como las cortezas motora y visual, procesan su propia información por separado y la transfieren a otras regiones donde confluyen las modalidades para una función superior. Wool afirma: «Uno de los hallazgos más inesperados y emocionantes de CORVISDEC ha sido que las regiones encefálicas, que se creía que eran funcionalmente diferentes, son bastante heterogéneas y complejas. La corteza motora tiene una población notable de neuronas que responden a estímulos visuales. Además, observamos muchas respuestas relacionadas con el movimiento en la corteza visual. Nos queda un largo camino hasta que entendamos completamente cómo funciona eso, aunque la gran cantidad de datos que hemos recopilado de varios miles de neuronas activas simultáneamente ofrecen una oportunidad única para investigarlo».
La interconectividad va más allá del encéfalo
Junto con los otros veintiún laboratorios, el laboratorio de Wool creó el Laboratorio Internacional del Encéfalo, una colaboración neurocientífica mundial dedicada a comprender el comportamiento de los complejos circuitos subyacentes del encéfalo. Entre sus objetivos se encuentra la ampliación y la normalización de los métodos neurocientíficos, así como el intercambio de los datos recopilados. «A lo largo del proyecto CORVISDEC, he estado desarrollando la gobernanza y las políticas para apoyar la colaboración. Mi artículo sobre nuestra estructura organizativa como plan de acción para colaboraciones futuras en neurociencia y otros ámbitos se publicará en la revista “Current Opinion in Neurobiology” en diciembre de 2020». A medida que el equipo sigue publicando sus resultados, los científicos comparten todos los datos, los análisis y el código para seguir aprovechando el potencial de la colaboración mundial a fin de desvelar los misterios del encéfalo.
Palabras clave
CORVISDEC, encéfalo, neurona, corteza, comportamiento, calcio, imagenología bifotónica, toma de decisiones, actividad cortical, Laboratorio Internacional del Encéfalo
